Storskalig genetisk kartläggning gör kycklingen het som modellorganism

Utvecklingen av våra husdjur och grödor är den viktigaste innovationen som skett under människans historia. Genetiken bakom utvecklingen är dock fortfarande ofullständigt känd. Ett stort steg mot att förstå processen har nu tagits då svenska forskare använt ny storskalig teknik vid Uppsala universitet för att kartlägga arvsmassan hos åtta olika sorters tamhöns och deras anmoder, den sydostasiatiska djungelhönan. Studien publiceras idag i Nature.

De genetiska förändringar som har skett hos tamhönan beror på det urval människan bedrivit under tusentals år och med en allt större precision de senaste hundra åren. Men frågan kvarstår om hur tamhönsens vilda anmoder, som lever i Sydostasien, kunnat förändras till de olika former av tamhöns som idag har en central roll för människans livsmedelsförsörjning. Människan har anrikat genetiska varianter som gjort det möjligt att hålla tamhöns och få dem att producera ägg och kött. Men det är okänt hur många gener och vilka gener som bidragit till denna anpassning.

-    De studier vi gör på höns och andra husdjur fungerar som modeller för att förstå de grundläggande principerna för hur evolution går till på molekylär nivå i naturen, eller hur människans evolution gått till. Den stora fördelen med husdjur är att vi kan göra korsningar och använda genetikens redskap för att med hög precision klarlägga vilka genetiska förändringar som är kopplad till en specifik egenskap, förklarar professor Leif Andersson som har koordinerat studien från Uppsala universitet.

-    Vår nya studie gör kycklingen het som modellorganism både för evolutionsbiologisk forskning och för biomedicinsk forskning där man vill förstå geners funktion och betydelse för sjukdomstillstånd.

För fem år sedan publicerades DNA-sekvensen för hönans arvsmassa. Detta genomfördes genom att analysera en enskild höna. Projektet kostade ungefär 100 miljoner kronor att genomföra och involverade ett internationellt konsortium av forskare. I den nu aktuella studien har forskarna med en blygsam budget analyserat arvsmassan från åtta olika sorters tamhöns samt den röda djungelhönan, tamhönans ursprungsart.

-    Detta illustrerar den revolution som nu sker inom biologisk och medicinsk forskning eftersom teknikerna för att kartlägga arvsmassan utvecklas oerhört snabbt. Projekt som vi bara kunde drömma om för några år sedan är nu fullt genomförbara, säger Carl-Johan Rubin, postdoktor i Anderssons grupp och ansvarig för en del av de bioinformatiska analyserna av data.

Ett spännande fynd var att forskarna kunde påvisa en mutation i TSHR-genen, som är av central betydelse för sköldkörtelns funktion men som också har en viktig roll när det gäller att bestämma när på året fåglar ska börja häcka samt när däggdjuren ska föda sina ungar.

-    Vår upptäckt att alla tamhöns vi hittills undersökt bär på denna specifika mutation i TSHR-genen talar starkt för att denna mutation haft stor betydelse under tamhönans utveckling, säger Jonas Eriksson, doktorand inom projektet.

När forskarna studerade vilka genetiska förändringar som haft störst betydelse under utvecklingen av de raser vi använder för köttproduktion (broilers) fann de att flera av dessa gener har med insulin-signalering att göra. En av dessa är genen TBC1D1, som tidigare har associerats med fetma hos människa och som bidrar till att reglera upptaget av socker i muskelceller.

-    Det ska bli mycket spännande att reda ut den biologiska mekanism som förklarar hur en förändring i TBC1D1-genen påverkar muskelmassan hos höns, säger Carl-Johan Rubin.

Forskarna har skickligt utnyttjat de möjligheter som utvecklingen av ny DNA-teknik innebär för biologisk forskning. DNA-sekvenseringen har genomförts vid teknikplattformen Uppsala Genom Center, ledd av professor Ulf Gyllensten, medan lagring och analys av de enorma datamängderna gjordes vid Uppsala universitets beräkningscentrum UPPMAX, som leds av docent Ingela Nyström.

-    Det är extra roligt att det varit möjligt att genomföra hela projektet här i Uppsala tack vare att vi byggt upp en effektiv infrastruktur för genomforskning, förklarar Leif Andersson.

Forskningen har främst fått stöd av Stiftelsen för Strategisk Forskning samt Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

Flera av forskarna i detta projekt ingår i Science for Life Laboratory (SciLifeLab) vid Uppsala universitet. Forskare från SLU, Linköpings universitet och Karolinska institutet har också deltagit.

Länk till Uppsala Genome Center.  
Länk till UPPMAX.

Kontakt: Professor Leif Andersson, institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, Uppsala universitet och SLU, tel: 018-471 49 04, 070-514 4904, e-post: Leif.Andersson@imbim.uu.se

Fakta: Två selektionslinjer av höns, som härstammar från en gemensam ursprungslinje, har ingått i studien. 1957 började professor Paul Siegel vid Virginia Polytechnic Institute and State University i USA att selektera den ena linjen för hög tillväxt och den andra för låg tillväxt.  Efter 40 generationers selektivt urval visar de två linjerna en nästan tiofaldig skillnad i kroppsvikt vid åtta veckors ålder, en dramatisk illustration av vad man kan åstadkomma med traditionell avel. De två linjerna används nu för att bättre förstå vilka gener som reglerar aptit och skillnader i tillväxthastighet.